Sequencing and promoter analysis of the nifENXorf3orf5fdxAnifQ operon from Azospirillum brasilense Sp7

A 40-kb DNA region containing the major cluster of nif genes has been isolated from the Azospirillum brasilense Sp7 genome. In this region three nif operons have been identified: nifHDKorf1Y, nifENXorf3orf5fdxAnifQ and orf2nifUSVorf4. The operons containing nifENX and nifUSV genes are separated from the structural nifHDKorf1Y operon by about 5 kb and 10 kb, respectively. The present study shows the sequence analysis of the 6045-bp DNA region containing the nifENX genes. The deduced amino acid sequences from the open reading frames were compared to the nif gene products of other diazotrophic bacteria and indicate the presence of seven ORFs, all reading in the same direction as that of the nifHDKorf1Y operon. Consensus sigma54 and NifA-binding sites are present only in the promoter region upstream of the nifE gene. This promoter is activated by NifA protein and is approximately two-times less active than the nifH promoter, as indicated by the ß-galactosidase assays. This result suggests the differential expression of the nif genes and their respective products in Azospirillum.

The Streptococcus mutans GlnR protein exhibits an increased affinity for the glnRA operon promoter when bound to GlnK

The control of nitrogen metabolism in pathogenic Gram-positive bacteria has been studied in a variety of species and is involved with the expression of virulence factors. To date, no data have been reported regarding nitrogen metabolism in the odontopathogenic species Streptococcus mutans. GlnR, which controls nitrogen assimilation in the related bacterial species, Bacillus subtilis, was assessed in S. mutans for its DNA and protein binding activity. Electrophoretic mobility shift assay of the S. mutans GlnR protein indicated that GlnR binds to promoter regions of the glnRA and amtB-glnK operons. Cross-linking and pull-down assays demonstrated that GlnR interacts with GlnK, a signal transduction protein that coordinates the regulation of nitrogen metabolism. Upon formation of this stable complex, GlnK enhances the affinity of GlnR for the glnRA operon promoter. These results support an involvement of GlnR in transcriptional regulation of nitrogen metabolism-related genes and indicate that GlnK relays information regarding ammonium availability to GlnR.

Oxidative stress enhances the expression of sulfur assimilation genes: preliminary insights on the Enterococcus faecalis iron-sulfur cluster machinery regulation

The Firmicutes bacteria participate extensively in virulence and pathological processes. Enterococcus faecalis is a commensal microorganism; however, it is also a pathogenic bacterium mainly associated with nosocomial infections in immunocompromised patients. Iron-sulfur [Fe-S] clusters are inorganic prosthetic groups involved in diverse biological processes, whose in vivo formation requires several specific protein machineries. Escherichia coli is one of the most frequently studied microorganisms regarding [Fe-S] cluster biogenesis and encodes the iron-sulfur cluster and sulfur assimilation systems. In Firmicutes species, a unique operon composed of the sufCDSUB genes is responsible for [Fe-S] cluster biogenesis. The aim of this study was to investigate the potential of the E. faecalis sufCDSUB system in the [Fe-S] cluster assembly using oxidative stress and iron depletion as adverse growth conditions. Quantitative real-time polymerase chain reaction demonstrated, for the first time, that Gram-positive bacteria possess an OxyR component responsive to oxidative stress conditions, as fully described for E. coli models. Likewise, strong expression of the sufCDSUB genes was observed in low concentrations of hydrogen peroxide, indicating that the lowest concentration of oxygen free radicals inside cells, known to be highly damaging to [Fe-S] clusters, is sufficient to trigger the transcriptional machinery for prompt replacement of [Fe-S] clusters.

Reduced susceptibility to vancomycin and biofilm formation in methicillin-resistant Staphylococcus epidermidis isolated from blood cultures

This study aimed to correlate the presence of ica genes, biofilm formation and antimicrobial resistance in 107 strains of Staphylococcus epidermidis isolated from blood cultures. The isolates were analysed to determine their methicillin resistance, staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec) type, ica genes and biofilm formation and the vancomycin minimum inhibitory concentration (MIC) was measured for isolates and subpopulations growing on vancomycin screen agar. The mecA gene was detected in 81.3% of the S. epidermidis isolated and 48.2% carried SCCmec type III. The complete icaADBC operon was observed in 38.3% of the isolates; of these, 58.5% produced a biofilm. Furthermore, 47.7% of the isolates grew on vancomycin screen agar, with an increase in the MIC in 75.9% of the isolates. Determination of the MIC of subpopulations revealed that 64.7% had an MIC ≥ 4 μg mL-1, including 15.7% with an MIC of 8 μg mL-1 and 2% with an MIC of 16 μg mL-1. The presence of the icaADBC operon, biofilm production and reduced susceptibility to vancomycin were associated with methicillin resistance. This study reveals a high level of methicillin resistance, biofilm formation and reduced susceptibility to vancomycin in subpopulations of S. epidermidis. These findings may explain the selection of multidrug-resistant isolates in hospital settings and the consequent failure of antimicrobial treatment.

A nuclear ribosomal DNA pseudogene in triatomines opens a new research field of fundamental and applied implications in Chagas disease

A pseudogene, designated as "ps(5.8S+ITS-2)", paralogous to the 5.8S gene and internal transcribed spacer (ITS)-2 of the nuclear ribosomal DNA (rDNA), has been recently found in many triatomine species distributed throughout North America, Central America and northern South America. Among characteristics used as criteria for pseudogene verification, secondary structures and free energy are highlighted, showing a lower fit between minimum free energy, partition function and centroid structures, although in given cases the fit only appeared to be slightly lower. The unique characteristics of "ps(5.8S+ITS-2)" as a processed or retrotransposed pseudogenic unit of the ghost type are reviewed, with emphasis on its potential functionality compared to the functionality of genes and spacers of the normal rDNA operon. Besides the technical problem of the risk for erroneous sequence results, the usefulness of "ps(5.8S+ITS-2)" for specimen classification, phylogenetic analyses and systematic/taxonomic studies should be highlighted, based on consistence and retention index values, which in pseudogenic sequence trees were higher than in functional sequence trees. Additionally, intraindividual, interpopulational and interspecific differences in pseudogene amount and the fact that it is a pseudogene in the nuclear rDNA suggests a potential relationships with fitness, behaviour and adaptability of triatomine vectors and consequently its potential utility in Chagas disease epidemiology and control.

DIVERGÊNCIA GENÉTICA ENTRE DOZE GENÓTIPOS DE ABACAXIZEIRO (Ananas comosus L, Merril.) ESTIMADA POR ANÁLISE DE MARCADORES RAPD

Por meio de estudos moleculares, este trabalho determinou a distância genética entre 12 genótipos de A. comosus por marcadores RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), utilizando 11 "primers" decâmeros da OPERON Technologies Inc. Dos 12 genótipos , 1 foi proveniente da Jamaica, 2 do Estado do Acre (Quinari e RBR-1), 2 do Estado do Maranhão (Turiaçu e São Domingos), 3 do Estado do Piauí (Cefas, Floriano-1 e Floriano-2), 2 do Estado da Bahia (Monte Alegre-1 e Monte Alegre-2) e 2 de Minas Gerais (Pérola e Smouth Cayenne). Pela análise de "cluster", utilizando o método de UPGMA, foi constatada uma grande divergência entre os genótipos de A. comosus estudados com a separação destes em dois grupos a uma distância genética de 31,1%.

MARCADORES RAPD PARA MAPEAMENTO GENÉTICO E SELEÇÃO DE HÍBRIDOS DE CITROS

Os marcadores moleculares apresentam várias aplicações no melhoramento de plantas, permitindo uma série de análises genéticas. Este trabalho foi realizado com o objetivo de estabelecer marcadores RAPD para serem utilizados em estudos de mapeamento genético e na seleção de híbridos entre tangerina-'Cravo' (Citrus reticulata Blanco) e laranja-'Pêra' (C. sinensis (L.) Osbeck). Extraiu-se DNA de folhas dos parentais e de seis híbridos F1. As reações de amplificação foram preparadas em 13 uL de solução, constituída por tampão 1x GIBCO BRL; soluções 1,54 mM de MgCl2 e 0,2 mM de cada dNTP; 15 ng de cada 'primer'; 1,5 unidade de 'Taq DNA Polymerase' e 15 ng de DNA genômico. As reações foram realizadas em termocicladores programados para 36 ciclos de 1 min a 92ºC, 1 min a 36ºC, 2 min a 72ºC e 10 min de extensão a 72ºC. Foram testados 'primers' decâmeros arbitrários dos 'kits' A, AB, AT, AV, B, C, D, E, G, H, M, N, P, Q, R e U da Operon, sendo selecionados 113 por apresentarem polimorfismo, com número de marcadores variando de 1 a 6 por 'primer'. Esses 'primers' amplificaram 201 (23,13%) bandas polimórficas, aplicáveis no mapeamento genético e seleção de híbridos. A freqüência de 'primers' com 1; 2; 3; 4; 5 e 6 bandas polimórficas foi de 49,5%, 33,6%, 9,7%, 4,4%, 1,8% e 1,0%, respectivamente.

Marcadores RAPD na análise da diversidade genética de isolados de Acremonium strictum

Os fungos Acremonium strictum e Fusarium verticillioides normalmente apresentam algumas similaridades morfológicas, o que dificulta sua diferenciação em sementes de milho (Zea mays), particularmente quando ocorrem simultaneamente. Técnicas moleculares de análise do DNA têm possibilitado o desenvolvimento de métodos rápidos, sensíveis eespecíficos no diagnóstico de fitopatógenos, em complemento à análise morfológica. Este trabalho objetivou caracterizar e dimensionar a diversidade genética de dez isolados de A. strictum obtidos de sementes de milho, provenientes de diferentes regiões produtoras brasileiras, por meio da análise do DNA genômico (RAPD). Objetivou-se ainda, diferenciar os isolados de A. strictum de F. verticillioides por meio da técnica citada. Pela análise do DNA, 25 primers Operon geraram polimorfismos, os quais tornaram possível e seguro o agrupamento de isolados de A. strictum e sua diferenciação de F. verticillioides. Os isolados de A. strictum apresentaram variabilidade intraespecífica entre 3,4% e 44,4%. Para a maioria dos casos não foi possível correlacionar a similaridade genotípica e a origem geográfica dos isolados de A. strictum.

Desenvolvimento e avaliação de uma cepa knockout de Brucella abortus obtida pela deleção do gene virB10

Brucella spp. são bactérias gram-negativas, intracelulares facultativas que são patogênicas para muitas espécies de mamíferos causando a brucelose, uma zoonose difundida mundialmente. Por isso a busca de alternativas de controle mais eficientes se faz necessário como o desenvolvimento de novas cepas que possam ser testadas como potenciais imunógenos. Neste estudo realizou-se a deleção do gene virB10 da cepa S2308 de Brucella abortus gerando uma cepa knockout provavelmente incapaz de produzir a proteína nativa correspondente. O gene virB10 faz parte de um operon que codifica para um sistema de secreção do tipo IV, essencial para a sobrevivência intracelular e multiplicação da bactéria em células hospedeiras. A deleção foi realizada pela construção do plasmídeo suicida pBlue:virB10:kan e eletroporação deste em células eletrocompetentes de B. abortus S2308, ocorrendo a troca do gene selvagem pelo gene interrompido, com o gene de resistência a canamicina, por recombinação homóloga dupla. Camundongos BALB/c foram inoculados com as cepas S19, RB-51, ΔvirB10 de B. abortus e B. abortus S2308 selvagem; os resultados demonstraram que camundongos BALB/c inoculados com S19 e camundongos BALB/c inoculados com S2308 apresentaram queda mais rápida de linha de tendência, quando comparadas aos demais grupos, para recuperação bacteriana (RB) e peso esplênico (PE) respectivamente. Os grupos que receberam ΔvirB10 S2308 de B. abortus e RB-51 demonstraram comportamento semelhante para ambas as características. Na sexta semana após a inoculação, os resultados para RB (log de UFC ± desvio padrão) e PE (peso esplênico ± desvio padrão), respectivamente, mostraram: grupos inoculados com as cepas S2308 (4,44±1,97 e 0,44±0,11), S19 (1,83±2,54 e 0,31±0,04), RB-51 (0,00±0,00 e 0,20±0,01) e ΔvirB10 S2308 (1,43±1,25 e 0,19±0,03). Considerado o clearance bacteriano, todos os grupos diferiram estatisticamente do grupo que recebeu S2308 (p<0,0001), o grupo inoculado com ΔvirB10 S2308 de B. abortus foi semelhante ao grupo S19 (p=0,4302) e diferente do grupo RB-51 (p=0,0063). A avaliação da persistência revelou que o gene virB10 é essencial para a manutenção da virulência da bactéria. Os resultados obtidos possibilitarão que outras pesquisas sejam realizadas avaliando o potencial imunogênico desta cepa mutante.

Virulência e formação de biofilme microbiano por Enterococcus faecalis isolados de swabs cloacais de frangos de corte infectados com Eimeria spp

A dinâmica da microbiota no trato gastrointestinal (TG) de animais pode ser afetada por patógenos, tais como Eimeria spp. Os enterococos são bactérias saprófitas que colonizam o TG de mamíferos e aves. A influência sobre a microbiota intestinal está relacionada com a capacidade de adaptação das bactérias em se aderir às células hospedeiras e de colonizar as células das mucosas. O objetivo deste estudo foi analisar a frequência de genes de virulência ace, agg e operon do bopABCD em Enterococcus faecalis isolados de swabs cloacais de frangos de corte desafiados com Eimeria spp e alimentados com dietas padrões suplementadas ou não com anticoccidiano (monesina) e também avaliar a capacidade dessas cepas em formar biofilmes sob condições in vitro. Um total de 70 E. faecalis foram selecionadas e o gene agg foi mais freqüente em cepas isoladas de frangos de corte alimentados com anticoccidiano (92,3%) quando comparado ao grupo que não recebeu anticoccidiano (70,5%). Por outro lado, os genes ace e do operon bopABCD não demostraram nenhuma diferença significativa entre os dois grupos de frangos (P>0,005). Os E. faecalis isolados de frangos de corte alimentados com anticoccidiano demostraram uma maior frequência de fortes aderentes quando crescendo em meio suplementado com glicose (92,3-88,5%) e urina (77%), quando comparado com enterococos isolados de frangos que não receberam anticoccidiano. Observou-se que E. faecalis isolados de frangos tratados com anticoccidiano mostraram uma maior frequêencia dos genes dos fatores de virulência e de perfil de fortes formadores de biofilme, o que indica uma melhor adaptação dos isolados em ambiente intestinal saudável.

Relação entre distância geográfica e variabilidade genética de uma população de Bidens spp. com resistência aos herbicidas inibidores de ALS

Espécies de plantas daninhas apresentam elevada variabilidade genética entre plantas dentro de uma população e exibem potencial para adaptar-se ao manejo realizado para o seu controle. Sementes de picão-preto foram coletadas em uma área retangular de 60 hectares, numa propriedade do município de Almirante Tamandaré do Sul-RS, com suspeita de resistência aos inibidores de ALS e cultivada com soja por aproximadamente 20 anos. Os objetivos deste trabalho foram avaliar a variabilidade genética de acessos de Bidens spp. oriundos de uma única propriedade, verificar a dispersão da resistência na gleba amostrada e determinar a relação entre o coeficiente de similaridade genética e a distância geográfica entre os acessos da mesma população. A área foi dividida em 100 pontos de coleta georreferenciados, dentre os quais apenas 40 possuíam plantas de Bidens spp. Essas sementes foram colocadas em potes plásticos com capacidade de 300 ml e, quando as plântulas apresentavam duas folhas, foram submetidas à aspersão de chlorimuron na dose de 200 g ha-1, para confirmação da resistência. A extração do DNA foi realizada a partir de adaptações de protocolos existentes na literatura. No mínimo 20 plantas de cada ponto amostrado foram utilizadas para a formação de bulk's de DNA. Vinte e seis primers do kit operon foram utilizados. Os acessos de Bidens spp. apresentaram grande variabilidade genética dentro da população. A análise de RAPD não permitiu separar as espécies Bidens pilosa e Bidens subalternans. A resistência aos herbicidas inibidores de ALS está disseminada em toda a área amostrada dentro da propriedade. Não ocorre relação entre distância geográfica e similaridade genética entre os acessos da população.

Conflicting genomes, the demic theory & biodiversity

Organismic-centered Darwinism, in order to use direct phenotypes to measure natural selection's effect, necessitates genome's harmony and uniform coherence plus large population sizes. However, modern gene-centered Darwinism has found new interpretations to data that speak of genomic incoherence and disharmony. As a result of these two conflicting positions a conceptual crisis in Biology has arisen. My position is that the presence of small, even pocket-size, demes is instrumental in generating divergence and phenotypic crisis. Moreover, the presence of parasitic genomes as in acanthocephalan worms, which even manipulate suicidal behavior in their hosts; segregation distorters that change meiosis and Mendelian ratios; selfish genes and selfish whole chromosomes, such as the case of B-chromosomes in grasshoppers; P-elements in Drosophila; driving Y-chromosomes that manipulate sex ratios making males more frequent, as in Hamilton's X-linked drive; male strategists and outlaw genes, are eloquent examples of the presence of real conflicting genomes and of a non-uniform phenotypic coherence and genome harmony. Thus, we are proposing that overall incoherence and disharmony generate disorder but also more biodiversity and creativeness. Finally, if genes can manipulate natural selection, they can multiply mutations or undesirable characteristics and even lethal or detrimental ones, hence the accumulation of genetic loads. Outlaw genes can change what is adaptively convenient even in the direction of the trait that is away from the optimum. The optimum can be "negotiated" among the variants, not only because pleiotropic effects demand it, but also, in some cases, because selfish, outlaw, P-elements or extended phenotypic manipulation require it. With organismic Darwinism the genome in the population and in the individual was thought to act harmoniously without conflicts, and genotypes were thought to march towards greater adaptability. Modern Darwinism has a gene-centered vision in which genes, as natural selection's objects can move in dissonance in the direction which benefits their multiplication. Thus, we have greater opportunities for genomes in permanent conflict.

Identification and characterization of the two-component NtrY/NtrX regulatory system in Azospirillum brasilense

Two Azospirillum brasilense open reading frames (ORFs) exhibited homology with the two-component NtrY/NtrX regulatory system from Azorhizobium caulinodans. These A. brasilense ORFs, located downstream to the nifR3ntrBC operon, were isolated, sequenced and characterized. The present study suggests that ORF1 and ORF2 correspond to the A. brasilense ntrY and ntrX genes, respectively. The amino acid sequences of A. brasilense NtrY and NtrX proteins showed high similarity to sensor/kinase and regulatory proteins, respectively. Analysis of lacZ transcriptional fusions by the ß-galactosidase assay in Escherichia coli ntrC mutants showed that the NtrY/NtrX proteins failed to activate transcription of the nifA promoter of A. brasilense. The ntrYX operon complemented a nifR3ntrBC deletion mutant of A. brasilense for nitrate-dependent growth, suggesting a possible cross-talk between the NtrY/X and NtrB/C sensor/regulator pairs. Our data support the existence of another two-component regulatory system in A. brasilense, the NtrY/NtrX system, probably involved in the regulation of nitrate assimilation.

Streptococcus mutans GlnK protein: an unusual PII family member

Streptococcus mutans is a Gram-positive bacterium present in the oral cavity, and is considered to be one of the leading causes of dental caries. S. mutans has a glnK gene, which codes for a PII-like protein that is possibly involved in the integration of carbon, nitrogen and energy metabolism in several organisms. To characterize the GlnK protein of S. mutans, the glnK gene was amplified by PCR, and cloned into the expression vectors pET29a(+) and pET28b(+). The native GlnK-Sm was purified by anion exchange (Q-Sepharose) and affinity (Hi-Trap Heparin) chromatography. The GlnK-His-Sm protein was purified using a Hi-Trap Chelating-Ni2+ column. The molecular mass of the GlnK-His-Sm proteins was 85 kDa as determined by gel filtration, indicating that this protein is a hexamer in solution. The GlnK-His-Sm protein is not uridylylated by the Escherichia coli GlnD protein. The activities of the GlnK-Sm and GlnK-His-Sm proteins were assayed in E. coli constitutively expressing the Klebsiella pneumoniae nifLA operon. In K. pneumoniae, NifL inhibits NifA activity in the presence of high ammonium levels and the GlnK protein is required to reduce the inhibition of NifL in the presence of low ammonium levels. The GlnK-Sm protein was unable to reduce NifL inhibition of NifA protein. Surprisingly, the GlnK-His-Sm protein was able to partially reduce NifL inhibition of the NifA protein under nitrogen-limiting conditions, in a manner similar to the GlnK protein of E. coli. These results suggested that S. mutans GlnK is functionally different from E. coli PII proteins.

The RecX protein interacts with the RecA protein and modulates its activity in Herbaspirillum seropedicae

DNA repair is crucial to the survival of all organisms. The bacterial RecA protein is a central component in the SOS response and in recombinational and SOS DNA repairs. The RecX protein has been characterized as a negative modulator of RecA activity in many bacteria. The recA and recX genes of Herbaspirillum seropedicae constitute a single operon, and evidence suggests that RecX participates in SOS repair. In the present study, we show that the H. seropedicae RecX protein (RecX Hs) can interact with the H. seropedicaeRecA protein (RecA Hs) and that RecA Hs possesses ATP binding, ATP hydrolyzing and DNA strand exchange activities. RecX Hs inhibited 90% of the RecA Hs DNA strand exchange activity even when present in a 50-fold lower molar concentration than RecA Hs. RecA Hs ATP binding was not affected by the addition of RecX, but the ATPase activity was reduced. When RecX Hs was present before the formation of RecA filaments (RecA-ssDNA), inhibition of ATPase activity was substantially reduced and excess ssDNA also partially suppressed this inhibition. The results suggest that the RecX Hs protein negatively modulates the RecA Hs activities by protein-protein interactions and also by DNA-protein interactions.